□ 安慧

深空探測(cè)是指脫離地球引力場(chǎng)，進(jìn)入太陽(yáng)系空間和宇宙空間的探測(cè)。人類在深空探測(cè)方面，在已取得的一系列成果的基礎(chǔ)上，正在邁向更遠(yuǎn)的太空?！靶乱曇啊笔敲绹?guó)航宇局（NASA）在2000年開(kāi)始設(shè)計(jì)的一個(gè)直達(dá)冥王星和柯伊柏帶的深空探測(cè)器。因?yàn)樗褂弥本€沖出太陽(yáng)系的軌道，所以，只有中間利用了一次木星引力以增加速度。即便如此，“新視野”自從 2006年1月19日發(fā)射至今，仍然花了長(zhǎng)達(dá)9年半的時(shí)間，才在2015年7月14日，從距冥王星12500千米處掠過(guò)，成為人類首顆造訪冥王星的探測(cè)器。目前，“新視野”已發(fā)回了許多近距離觀測(cè)冥王星及其衛(wèi)星的高清圖像，圖像展現(xiàn)了冥王星冰凍的平原、高聳的山脈以及比預(yù)期要頻繁的地質(zhì)活動(dòng)。全面分析探測(cè)器傳回的數(shù)據(jù)，將要花費(fèi)至少半年以上的時(shí)間。

人們?yōu)楹午娗橛谮ね跣?/h2>

人們鐘情于距地球約47億千米的冥王星，是由于它的神秘而且備受爭(zhēng)議。1930年，年僅24歲的農(nóng)家少年、美國(guó)羅威爾天文臺(tái)新招聘的觀測(cè)助理克萊德·威廉·湯博，在寒冷的亞利桑那州高原上，經(jīng)過(guò)8個(gè)月艱苦的巡天式觀測(cè)和仔細(xì)比對(duì)后，首次發(fā)現(xiàn)了冥王星。在“新視野”發(fā)射時(shí)，冥王星還是太陽(yáng)系九大行星之一。因此，冥王星被視作太陽(yáng)系中唯一沒(méi)有被航天器探測(cè)過(guò)的行星。2006年8月，國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)第26屆大會(huì)通過(guò)第5號(hào)決議，冥王星被降級(jí)為“矮行星”,但對(duì)此仍有很多爭(zhēng)議。

隨著不斷獲得對(duì)柯伊伯帶新的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，“新視野”的主要任務(wù)已從冥王星擴(kuò)展到整個(gè)柯伊伯帶?！靶乱曇啊睂⑻綔y(cè)冥王星是否存在除已知的5個(gè)衛(wèi)星外，是否還有被發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星，調(diào)查冥王星是否擁有環(huán)帶系統(tǒng)，觀察冥王星表面是否存在撞擊坑和撞擊坑的多少，判斷柯伊伯帶天體相互碰撞的幾率?？乱敛畮У奶祗w自太陽(yáng)系形成之初就已存在，是太陽(yáng)系各大行星形成后的殘?jiān)?，記錄著太?yáng)系最初形成時(shí)的歷史。對(duì)它的觀測(cè)，將有助于了解太陽(yáng)系和地球生命的起源。

“新視野”的關(guān)鍵技術(shù)

由于冥王星遠(yuǎn)離太陽(yáng)和地球，為此研制“新視野”必須攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。主要有：

（1）探測(cè)器的長(zhǎng)壽命技術(shù)。為此，探測(cè)器不僅要有備用設(shè)備，而且為了節(jié)約能源、避免設(shè)備老化，要讓探測(cè)器長(zhǎng)期處于休眠狀態(tài)，但為了避免長(zhǎng)期休眠而使其工作不正常，地面控制人員必須每隔一段時(shí)間叫醒它，以檢查探測(cè)器是否正常。

（2）核能發(fā)電機(jī)。由于冥王星的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度只是地球上的千分之一，無(wú)法由太陽(yáng)能電池提供電力。為此，它攜帶了一臺(tái)放射性同位素溫差發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)位于探測(cè)器的尾部，內(nèi)裝10.9千克二氧化钚，其中的钚-238衰變時(shí)會(huì)釋放出熱量，通過(guò)溫差發(fā)電提供穩(wěn)定的電力。為了防止偶然事故導(dǎo)致的太空核污染，核能發(fā)電機(jī)安裝在特制的防火陶瓷中，以保障它的安全。

（3）超遠(yuǎn)距離通信技術(shù)。“新視野”探測(cè)器在飛過(guò)冥王星時(shí)，由于距離地球十分遙遠(yuǎn)，信號(hào)微弱，因此探測(cè)器和地球的通信采用X頻段，其天線比大多數(shù)深空探測(cè)器要大得多，包括一副直徑達(dá)2.1米的高增益碟型天線、一副中增益碟型天線和兩副低增益寬波束天線。同時(shí)，信號(hào)從探測(cè)器傳送到地面要延遲4.5小時(shí)，這對(duì)探測(cè)器的控制增加了困難。由于數(shù)據(jù)量十分龐大，也只能將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存后逐步傳回地球。

“新視野”是太陽(yáng)系探測(cè)中的里程碑，無(wú)論在太空探索技術(shù)的突破上，還是人類對(duì)于行星科學(xué)和宇宙的認(rèn)識(shí)上，都將帶來(lái)新的成果。為“新視野”堅(jiān)持了25年的項(xiàng)目首席科學(xué)家艾倫·斯特恩，在接受《科學(xué)美國(guó)人》的采訪時(shí)說(shuō)：“不論它發(fā)現(xiàn)什么，都將成為行星際探索的里程碑：‘新視野’將重新定義人類對(duì)太陽(yáng)系的探索邊界，這是人類探索太陽(yáng)系的巔峰時(shí)刻?！?/p>

“新視野”的啟示

“新視野”雖然沒(méi)有像“好奇”號(hào)火星漫游車那樣，經(jīng)歷“恐怖7分鐘”使人驚心動(dòng)魄，但據(jù)NASA公布的數(shù)據(jù)，“新視野”的費(fèi)用約為7億美元，從目前預(yù)期的科學(xué)成果和公眾關(guān)注度來(lái)看，其效費(fèi)比較高，成為人類深空探測(cè)的一個(gè)成功范例，從而為我們提供了多方面的啟示。

首先，“新視野”是動(dòng)員大眾參與太空探測(cè)的一個(gè)范例。在“新視野”的任務(wù)實(shí)施中，NASA任務(wù)團(tuán)隊(duì)為了爭(zhēng)取民眾支持，在2005年，發(fā)起了一個(gè)問(wèn)候冥王星的征集活動(dòng)。他們?cè)O(shè)立了一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，網(wǎng)民通過(guò)這個(gè)網(wǎng)頁(yè)，就可以將自己的名字輸入電子卡片內(nèi)，讓自己的問(wèn)候和“新視野”一起飛向柯伊伯帶?；顒?dòng)期間共征集到了超過(guò)43萬(wàn)人的問(wèn)候。探測(cè)器還搭載著冥王星發(fā)現(xiàn)者湯博的骨灰，以表達(dá)對(duì)他的懷念和尊敬。

其次，“新視野”的成功貴在團(tuán)隊(duì)既要有激情，又要能夠長(zhǎng)期堅(jiān)持。為了“新視野”的成功，具有航空工程和行星科學(xué)的雙碩士學(xué)位的首席科學(xué)家艾倫·斯特恩努力了25年：10年用來(lái)凝聚意愿使項(xiàng)目上馬，5年用來(lái)建造探測(cè)器，而抵達(dá)冥王星又花了近10年時(shí)間。上世紀(jì)末，由NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）主導(dǎo)的 “冥王星柯伊伯特快”計(jì)劃，因?yàn)轭A(yù)算高達(dá)10億美元而被NASA叫停。作為取代，NASA要求提出一項(xiàng)成本僅數(shù)億美元的探測(cè)方案。在這之后，斯特恩的團(tuán)隊(duì)提交的方案最終勝出。在“新視野”飛向冥王星的過(guò)程中，對(duì)任務(wù)進(jìn)行了多次演練，在接近冥王星的前后9天中，為了微調(diào)軌道，一共發(fā)出了20799條指令，可見(jiàn)任務(wù)并不簡(jiǎn)單。

最后，“新視野”是科學(xué)與工程創(chuàng)新結(jié)合的成功?？茖W(xué)是工程的目的和依據(jù)；工程是科學(xué)的手段和保障。對(duì)于這種科學(xué)上探索性很強(qiáng)、工程上又應(yīng)用許多新技術(shù)的復(fù)雜任務(wù)，只有將科學(xué)與工程在全過(guò)程創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)，才能完成任務(wù)?！靶乱曇啊钡某晒?，理應(yīng)歸功于負(fù)責(zé)“新視野”任務(wù)的約翰·霍普金斯大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。它和任務(wù)的輔助單位JPL一樣，具有創(chuàng)新的體制和文化（JPL在行政上仍屬加州理工學(xué)院）。他們既有私立大學(xué)的靈活和高效，又得到NASA的任務(wù)和經(jīng)費(fèi)保證。他們采用的項(xiàng)目經(jīng)理和首席科學(xué)家的雙重管理模式，使科學(xué)與工程實(shí)現(xiàn)了“雙螺旋”式的結(jié)合。特別是“新視野”在太空探索項(xiàng)目中的創(chuàng)新精神，值得中國(guó)航天界學(xué)習(xí)。